DE102005003476B4

DE102005003476B4 - Canned motor with closed cooling system

Info

Publication number: DE102005003476B4
Application number: DE200510003476
Authority: DE
Inventors: Johann NEISZER
Original assignee: Johann NEISZER
Current assignee: NEISZER, JOHANN, 73525 SCHWAEBISCH GMUEND, DE
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2014-11-27
Anticipated expiration: 2025-01-26
Also published as: DE102005003476A1

Abstract

Motor mit einer nach außen geführten Motorwelle (10), einem Rotor (70) und einem Stator (48), umgeben von einem Motorgehäuse (16), welches mit einem ersten Kühlmedium befüllbar ist, wobei ein Spaltrohr (50) in einem zwischen Rotor (70) und Stator (48) ausgebildeten Spalt angeordnet ist und der Spaltrohrinnenraum (52) gegenüber dem von dem Motorgehäuse (16) begrenzten Außenraum (26) gekapselt und mit einem zweiten Kühlmedium befüllbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Außenraum (26) ein geschlossener Kühlkreislauf für das erste Kühlmedium vorgesehen ist und dass der Spaltrohrinnenraum (52) nach außen dicht gekapselt ist.Motor with an outwardly guided motor shaft (10), a rotor (70) and a stator (48), surrounded by a motor housing (16) which can be filled with a first cooling medium, with a can (50) in an intermediate rotor ( 70) and stator (48) formed gap is arranged and the can interior (52) is encapsulated with respect to the outer space (26) bounded by the motor housing (16) and can be filled with a second cooling medium, characterized in that a closed cooling circuit is provided for the first cooling medium and that the can interior (52) is sealed to the outside.

Description

Die Erfindung betrifft einen Motor, insbesondere zur Verwendung in Unterwassermotorpumpen, mit einer nach außen geführten Motorwelle, einem Rotor, welcher mit der Motorwelle verbunden sein oder durch diese gebildet sein kann, und einem Stator. Der Motor ist umgeben von einem Motorgehäuse, welches mit einem ersten Kühlmedium befüllbar ist.The invention relates to a motor, in particular for use in submersible motor pumps, with an outwardly guided motor shaft, a rotor, which may be connected to the motor shaft or may be formed by these, and a stator. The engine is surrounded by a motor housing, which can be filled with a first cooling medium.

Die DE 337 561 A zeigt eine Anordnung zur Kühlung von elektrischen Maschinen. Bei dieser Anordnung ist der außerhalb des Spaltrohres vorgesehene Statorbereich und der innerhalb des Spaltrohres angeordnete Rotorbereich jeweils in einem eigenen Gehäuseabschnitt untergebracht. Beide Gehäuseabschnitte sind mediumsdicht bis auf Zu- und Abführleitungen jeweils nach außen als auch gegeneinander abgeschlossen. Über die Zu- und Abführleitungen wird den beiden Gehäuseabschnitten ein Kühlmedium von außen zugeführt (nächstkommender Stand der Technik).The DE 337 561 A shows an arrangement for cooling of electrical machines. In this arrangement, the stator area provided outside the gap tube and the rotor area disposed inside the gap tube are each accommodated in a separate housing section. Both housing sections are medium-tight except for supply and discharge lines in each case to the outside and against each other. A cooling medium is fed to the two housing sections from the outside via the supply and discharge lines (closest prior art).

Aus der DE 103 17 492 A1 ist ein Antriebsmotor für eine Pumpe bekannt. Dabei ist dieser Motor, d. h. dessen Stator und Rotor von einem normalen Motorgehäuse mediumsdicht umschlossen. Der Antriebsmotor ist hermetisch dicht abgeschlossen und mit einer Kühlflüssigkeit zum Zwecke der Kühlung des Motors gefüllt.From the DE 103 17 492 A1 is known a drive motor for a pump. In this case, this motor, ie its stator and rotor enclosed medium-tight by a normal motor housing. The drive motor is hermetically sealed and filled with a cooling fluid for the purpose of cooling the engine.

Solche komplett mit Kühlmedium gefüllten Motoren kommen vor allem in Unterwassermotorpumpen beispielsweise zur Wassergewinnung, -aufbereitung, -versorgung oder zur Wasserhaltung zum Einsatz. Die Motoren befinden sich bei dieser Art von Anwendung typischerweise unterhalb der eigentlichen Pumpeinheit und werden soweit in einen Brunnen oder ein Bohrloch abgesenkt, bis sie vollständig unter der Wasserlinie stehen. Da die Kosten für ein Bohrloch unter anderem von dessen Durchmesser abhängen, besteht der Wunsch die Abmessungen der Unterwassermotorpumpen so gering wie möglich zu halten. Deshalb sind die Motoren in einem sehr engen, meist zylinderförmigen, von dem Außenmantel begrenzten Gehäuse untergebracht. Dies erschwert einerseits die Kühlung der Motoren, weshalb diese vollständig mit dem Kühlmedium befüllt werden. Andererseits sind die Motoren – einmal in das Bohrloch eingesetzt – von außen nicht mehr ohne Weiteres zugänglich. Sie müssen deshalb im Falle eines Defekts samt Steigleitung aus dem Bohrloch herausgenommen werden. Auf Grund des damit verbundenen Aufwands müssen diese Motoren zuverlässig laufen und sehr wartungsarm sein. Zu diesem Zweck wird als Kühlmedium, insbesondere bei höheren Temperaturen des Fördermediums, meistens Öl verwendet, welches zugleich Schmierstoff für die Motorwellenlagerung ist.Such completely filled with cooling medium motors are mainly used in submersible motor pumps, for example, for water extraction, treatment, supply or drainage. The motors are typically below the actual pumping unit in this type of application and are lowered into a well or well to the point where they are completely below the waterline. As the cost of a well depends, inter alia, on its diameter, there is a desire to minimize the size of the submersible motor pumps. Therefore, the motors are housed in a very narrow, usually cylindrical, bounded by the outer shell housing. On the one hand, this makes it difficult to cool the motors, which is why they are completely filled with the cooling medium. On the other hand, the motors - once inserted into the borehole - are no longer readily accessible from the outside. They must therefore be removed in the event of a defect including riser from the borehole. Due to the associated effort, these motors must run reliably and be very low maintenance. For this purpose, as a cooling medium, in particular at higher temperatures of the pumped medium, mostly oil is used, which is also lubricant for the motor shaft bearing.

Das Kühlmedium zirkuliert bei den bekannten Unterwassermotoren zwischen den zu kühlenden Teilen, insbesondere zwischen den Statorwicklungen und Lagern einerseits und dem Außenmantel andererseits und transportiert so die Wärme – in der Regel via Konvektion – nach außen zum Außenmantel hin ab. Der Außenmantel besteht typischerweise aus nicht-rostendem Stahl und wird seinerseits von außen durch das den Pumpenmotor umgebende Wasser gekühlt. Ist die Oberfläche des Außenmantels zu klein, um eine ausreichende Kühlung zu gewährleisten, wird bekanntermaßen zusätzlich ein Wärmetauscher axial an den zylindrischen Außenmantel angehängt, der beispielsweise in Form von Lamellen oder einem Rohrsystem eine größere Oberfläche bildet.The cooling medium circulates in the known submersible motors between the parts to be cooled, in particular between the stator windings and bearings on the one hand and the outer shell on the other hand and thus transports the heat - usually via convection - outwards to the outer shell down. The outer jacket is typically made of stainless steel and is in turn cooled externally by the water surrounding the pump motor. If the surface of the outer jacket is too small to ensure sufficient cooling, a heat exchanger is also known to be axially attached to the outer cylindrical shell, which forms a larger surface, for example in the form of fins or a pipe system.

Das Öl dehnt sich bekanntermaßen in dem Motorgehäuse bei Erwärmung aus. Da das Öl selbst nicht kompressibel ist, muss ein Druck- oder Volumenausgleichselement vorgesehen werden. Je größer das Ölvolumen ist, desto größer muss auch das Ausgleichsvolumen sein. Bei üblichen ölgefüllten Unterwassermotoren wird zum Beispiel ein Druckausgleichsbehälter vorgesehen, der zum Teil mit Öl und zum Teil mit Gas gefüllt ist und über eine Rohrleitung mit dem Gehäuse des Unterwassermotors in Verbindung steht. Dehnt sich das Öl aufgrund der Erwärmung in dem Gehäuse aus, so kann es über die Rohrleitung in den Druckbehälter entweichen, wo sich daraufhin das Gas komprimiert. Kühlt der Motor und somit das Öl ab, drückt der Gasdruck das Öl in das Motorgehäuse zurück. Entsprechende konstruktive Maßnahmen erfordern jedoch, je nach Größe des Ausgleichvolumens, zusätzlichen Platz.The oil is known to expand in the motor housing when heated. Since the oil itself is not compressible, a pressure or volume compensation element must be provided. The larger the oil volume, the larger the equalizing volume must be. In conventional oil-filled submersible motors, for example, a surge tank is provided, which is partially filled with oil and partly with gas and communicates via a pipe with the housing of the submersible motor. If the oil expands due to the heating in the housing, it can escape via the pipeline into the pressure vessel, whereupon the gas compresses. When the engine cools and thus the oil cools, the gas pressure forces the oil back into the engine housing. However, appropriate design measures require, depending on the size of the compensation volume, additional space.

Ein weiterer Nachteil bekannter ölgefüllter Unterwassermotoren ist die Gefahr einer Leckage, bei der das Kühlmedium austritt und das umgebende, beispielsweise zu fördernde Grundwasser oder dergleichen zu verschmutzten droht.Another disadvantage of known oil-filled submersible motors is the risk of leakage, in which the cooling medium exits and the surrounding, for example, to be pumped groundwater or the like threatens to pollute.

Auch ist der Wärmetransport durch das Kühlmedium Öl oftmals nicht befriedigend, insbesondere dann, wenn dieses allein durch Konvektion angetrieben ist.Also, the heat transport through the cooling medium oil is often not satisfactory, especially when this is driven solely by convection.

Werden Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik beispielsweise bei einer Tauchpumpe für die Wassergewinnung, Wasseraufbereitung, Wasserversorgung oder zur Wassererhaltung verwendet, stellt sich das Problem, dass zwar das optimale Kühlmedium in einem solchen Fall Öl wäre, dieses jedoch auf keinen Fall mit dem Fördermedium in Kontakt gelangen darf und damit als mögliches Kühlmedium ausscheidet. Denn sowohl bei der elektrischen Maschine gemäß der DE 337 561 A , als auch bei dem Antriebsmotor gemäß der DE 103 17 492 A1 würde sich das Kühlmedium Öl an der leckagegefährdeten Außenseite befinden.If devices according to the prior art, for example, in a submersible pump for water extraction, water treatment, water supply or water conservation, the problem arises that although the optimum cooling medium would be oil in such a case, this in no case in contact with the fluid allowed to pass and thus excretes as a possible cooling medium. Because both in the electric machine according to the DE 337 561 A , as well as the drive motor according to the DE 103 17 492 A1 the cooling medium oil would be located on the leakage-prone outside.

Die vorliegende Erfindung löst die genannten Probleme durch einen Motor der eingangs genannten Art, bei dem ein Spaltrohr in einem Zwischenraum zwischen dem Rotor und dem Stator ausgebildeten Spalt angeordnet ist und der Spaltrohrinnenraum gegenüber dem von dem Motorgehäuse begrenzten Außenraum gekapselt und mit einem zweiten Kühlmedium befüllbar ist, wobei in dem Außenraum ein geschlossener Kühlkreislauf für das erste Kühlmedium vorgesehen ist und der Spaltrohrinnenraum nach außen dicht gekapselt ist. The present invention solves the above problems by a motor of the type mentioned, in which a split tube is arranged in a gap between the rotor and the stator gap and the canned interior is encapsulated with respect to the outer space bounded by the motor housing and filled with a second cooling medium , wherein in the outer space, a closed cooling circuit is provided for the first cooling medium and the canned interior is tightly sealed to the outside.

Spaltrohrmotoren sind, obgleich nicht als Motoren der eingangs genannten Art mit einem Kühlmedium-befüllbaren Motorgehäuse, bekannt. Sie kommen in Form von Nassläufermotoren beispielsweise für Heizungs-Umwälzpumpen zum Einsatz, in denen das Fördermedium selbst (z. B. Wasser) den Motor durchströmt. Das Spaltrohr isoliert und schützt in diesen Fällen den außen liegenden Stator vor dem Fördermedium. Das Prinzip des getrennten Motorgehäuses für Rotor und Stator wird bei dem erfindungsgemäßen Motor dahingehend weitergebildet, dass der Innen- und Außenraum – gleich wie darin der Rotor und Stator angeordnet sind – getrennt gekapselt sind und daher mit unterschiedlichen Kühlmedien befüllt werden können. Auf diese Weise kann selbst bei einer Leckage vom Spaltrohrinnenraum in den vom Motorgehäuse begrenzten Außenraum eine Verschmutzung des Fördermediums (z. B. Grundwassers), in welches der Motor eingetaucht ist, verhindert werden.Canned motors are, although not known as motors of the type mentioned above with a cooling medium-fillable motor housing. They are used in the form of wet-rotor motors, for example for heating circulating pumps, in which the fluid itself (eg water) flows through the motor. In this case, the can is insulated and protects the outer stator against the pumped medium. The principle of the separate motor housing for the rotor and stator is further developed in the engine according to the invention in that the inner and outer space - as well as the rotor and stator are arranged in it - are encapsulated separately and therefore can be filled with different cooling media. In this way, even in the event of leakage from the interior of the canned space into the exterior space bounded by the motor housing, contamination of the pumped medium (eg groundwater) in which the motor is immersed can be prevented.

Dies gilt insbesondere dann, wenn nach einer bevorzugten Ausführungsform der Stator im Außenraum das Spaltrohr koaxial umgibt, in dessen Innenraum der Rotor drehbar angeordnet ist. Dann nämlich kann als zweites Kühlmedium für den Spaltrohrinnenraum beispielsweise Öl verwendet werden, welches zugleich als Schmierstoff für die Drehlagerung des Rotors bzw. der Motorwelle dient. Daher können die für die Motorwelle von Unterwassermotoren bewährten Gleitlager auch in dem erfindungsgemäßen Motor verwendet werden, ohne dass die Wartungsanfälligkeit sich erhöht. Der im Außenraum befindliche Stator kann hingegen beispielsweise mittels Wasser als erstes Kühlmedium einerseits sehr viel besser gekühlt werden und andererseits kann so auch bei einer Leckage aus dem gekapselten Motorgehäuse in die Umgebung eine Umweltverschmutzung vermieden werden. Erst wenn sowohl der Spaltrohrinnenraum und das Motorgehäuse undicht sein sollten, droht die Gefahr, dass das zweite Kühlmedium (Öl) in die Umgebung gelangt. Auch kann durch die erfindungsgemäße Lösung das Volumen des zweiten Kühlmediums erheblich reduziert werden.This applies in particular if, according to a preferred embodiment, the stator in the outer space coaxially surrounds the gap tube, in the interior of which the rotor is rotatably arranged. For example, then oil can be used as the second cooling medium for the canned interior, which also serves as a lubricant for the rotary mounting of the rotor or the motor shaft. Therefore, the proven for the motor shaft of submersible motors plain bearings can also be used in the engine according to the invention, without the maintenance requirement increases. By contrast, the stator located in the outer space, on the one hand, can be cooled much better, for example by means of water as the first cooling medium, and on the other hand, environmental pollution can be avoided even if there is leakage from the encased motor housing into the environment. Only if both the crevice interior and the motor housing should be leaking, there is the danger that the second cooling medium (oil) will enter the environment. Also, the volume of the second cooling medium can be significantly reduced by the inventive solution.

Die Kühlwirkung kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch noch verbessert werden, dass ein Kühlkreislauf im Außenraum vorgesehen ist. Dieser wird bevorzugt mittels einer das Spaltrohr im Wesentlichen koaxial umgebenden Zwischenwand in einen Erwärmungspfad entlang des Spaltrohr und einen Kühlungspfad entlang einem Außenmantel des Motorgehäuses unterteilt. Eine weitere Verbesserung der Kühlungsleistung wird durch einen einerseits mit dem Erwärmungspfad und andererseits mit dem Kühlungspfad verbundenen Wärmetauscher erzielt. Schließlich kann die Kühlleistung nochmals verbessert werden, indem in den Kühlkreislauf eine Umwälzpumpe eingeschaltet ist. Durch diese lässt sich die Kühlung im Außenraum soweit verbessern, dass beispielweise die Wicklungen für den Stator aus Drähten der Wärmeklasse Y (90°C-beständig) statt aus Drähten der Wärmeklasse E (bis 120°C) aufgebaut werden können. Der Motor lässt sich dadurch bei einer Änderung der Anforderungen, z. B. aus Umweltschutzgründen, leicht auf komplette Wasserkühlung umstellen.The cooling effect can be further improved according to an advantageous development of the invention in that a cooling circuit is provided in the outer space. This is preferably subdivided into a heating path along the split tube and a cooling path along an outer jacket of the motor housing by means of an intermediate wall substantially coaxially surrounding the can. A further improvement of the cooling performance is achieved by a heat exchanger connected on the one hand to the heating path and on the other hand to the cooling path. Finally, the cooling capacity can be further improved by a circulating pump is turned on in the cooling circuit. Through this, the cooling in the outer space can be improved so far that, for example, the windings for the stator of wires of the thermal class Y (90 ° C resistant) instead of wires of the thermal class E (up to 120 ° C) can be constructed. The engine can be characterized by a change in the requirements, eg. B. environmental reasons, easily switch to complete water cooling.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Motorwelle mittels in dem Spaltrohrinnenraum angeordneter Axial- und/oder Radiallager abgestützt. In einer alternativen und einer weitergebildeten vorteilhaften Ausführungsform steht das Spaltrohr mit einem Lagergehäuse für Axial- und/oder Radiallager in Verbindung, wobei bevorzugt das Spaltrohr und/oder das Lagergehäuse den Konturen der eingeschlossen Axiallager, Radiallager und dem Rotor entlang der Welle im Wesentlichen eng anliegend folgt und der Spaltrohrinnenraum mit dem Innenraum des Lagergehauses kommuniziert.In an advantageous embodiment, the motor shaft is supported by means disposed in the canned interior axial and / or radial bearings. In an alternative and a further developed advantageous embodiment, the can with a bearing housing for axial and / or radial bearings in connection, preferably the can and / or the bearing housing the contours of the enclosed thrust bearings, radial bearings and the rotor along the shaft substantially close fitting follows and the canned interior communicates with the interior of the bearing housing.

Hierdurch kann die Menge des zweiten Kühlmediums im Spaltohrinnenraum bzw. im Spaltrohrinnenraum und dem Lagergehäuse minimiert werden, wodurch die Kühlung verbessert und dennoch stets die Schmierung der Lager sichergestellt ist. Denn hierdurch ist selbst bei schlechten Wärmeleiteigenschaften des zweiten Kühlmediums aufgrund des nur geringen Abstands von den zu kühlenden Lagern bzw. dem Rotor zu dem Spaltrohr ein guter Wärmetransport gewährleistet. Zusammen mit der effizienten Kühlung im Außenraum kann der Motor daher auch in Medien mit höherer Umgebungstemperatur eingesetzt werden.In this way, the amount of the second cooling medium in the crevice interior or in the crevice interior and the bearing housing can be minimized, whereby the cooling improves and yet always the lubrication of the bearings is ensured. Because this ensures a good heat transfer even with poor thermal conductivity of the second cooling medium due to the only small distance from the bearings to be cooled or the rotor to the can. Together with the efficient outdoor cooling, the motor can therefore also be used in media with higher ambient temperatures.

Durch die Minimierung des Volumens des zweiten Kühlmediums ist dessen Volumenausdehnung gleichfalls sehr viel geringer. Der Volumenausgleich ist dadurch wesentlich einfacher mit Hilfe eines elastischen Diaphragmas zu lösen und der Motor ist dadurch deutlich einfacher aufgebaut.By minimizing the volume of the second cooling medium, its volume expansion is also much lower. The volume compensation is thus much easier to solve with the help of an elastic diaphragm and the engine is thus constructed much simpler.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine erste Ringdichtung um die nach außen geführte Motorwelle herum den Außenraum gegenüber der Umwelt und eine zweite Ringdichtung um die nach außen geführte Motorwelle herum den Spaltrohrinnenraum gegenüber dem Außenraum abdichtet.In a preferred embodiment of the invention it is provided that a first ring seal around the outwardly guided motor shaft around the outside space to the environment and a second ring seal around the outwardly guided motor shaft around seals the crevice interior from the outside.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Other objects, features and advantages of the invention will now be described with reference to an embodiment with reference to the drawings. Show it:

1 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Motors und 1 a sectional view of an embodiment of the motor according to the invention and

2 eine schematische Darstellung des Kühlkreislaufs im Außenraum eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Motors. 2 a schematic representation of the cooling circuit in the outer space of an embodiment of the engine according to the invention.

Der Motor gemäß 1 weist zentrisch eine Welle 10 auf, deren Wellenstumpf 12 am oberen Ende aus einem stirnseitigen Deckelflansch 14 eines Motorgehäuses 16 herausragt. Das Motorgehäuse 16 weist ferner einen im Wesentlichen koaxial angeordneten Außenmantel 18 auf, der an seinem dem Deckelflansch 14 entgegengesetzten Ende von einem angeflanschten Gehäuseboden 20 abgeschlossen wird. Am unteren Ende des Gehäusebodens 20 ist ferner ein Wärmetauscher 22 angeflanscht, der wiederum in axialer Verlängerung von einer ersten Druckausgleichseinrichtung 24 abgeschlossen wird. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel, in dem auf einen Wärmetauscher verzichtet wird, kann die Druckausgleichseinrichtung 24 auch in den Gehäuseboden 24 integriert oder direkt an diesen angeflanscht werden.The engine according to 1 has a shaft centric 10 on, whose stub shaft 12 at the upper end of a front cover flange 14 a motor housing 16 protrudes. The motor housing 16 further includes a substantially coaxially arranged outer jacket 18 on, at its the lid flange 14 opposite end of a flanged housing bottom 20 is completed. At the bottom of the case bottom 20 is also a heat exchanger 22 flanged, which in turn in axial extension of a first pressure compensation device 24 is completed. In an embodiment, not shown, in which is dispensed with a heat exchanger, the pressure compensation device 24 also in the case back 24 integrated or flanged directly to this.

Damit ein in den vom Außenmantel 18 bzw. vom Motorgehäuse 16 begrenzten Außenraum 26 eingefülltes erstes, flüssiges, vorzugsweise auf Wasser basierendes Kühlmedium nicht aus dem Motorgehäuse 16 austreten kann, ist der Deckelflansch 14 gegenüber der Welle 10 mittels einer ersten Ringdichtung 28 abgedichtet. Vorzugweise wird hierfür eine Gleitringdichtung verwendet.So that in from the outer jacket 18 or from the motor housing 16 limited outdoor space 26 filled first, liquid, preferably water-based cooling medium not from the motor housing 16 can escape, is the cover flange 14 opposite the wave 10 by means of a first ring seal 28 sealed. Preferably, a mechanical seal is used for this purpose.

Der Außenraum 26 wird mittels einer Zwischenwand 30 in einen inneren Erwärmungspfad 32 und einen äußeren Kühlungspfad 34 unterteilt. Diese Trennung wird im Bereich des Gehäusebodens 20 von einem Zwischenboden 36 beibehalten, so dass ein Austausch bzw. Übergang des auf dem Erwärmungspfad 32 erwärmten Kühlmediums mit dem auf dem Kühlungspfad 34 abgekühlten Kühlmedium nur im oberen Bereich der Zwischenwand 30 durch darin befindliche Bohrungen 38 sowie am unteren Ende des Wärmetauschers 22 durch einen entsprechenden Strömungskanal 40 stattfindet. Auf diese Weise wird eine Ringzirkulation im Erwärmungspfad aufwärts und im Kühlungspfad abwärts ermöglicht, die ein sehr gutes Kühlungsergebnis liefert. Eine Illustration der Strömung im Außenraum 26 bzw. im Wärmetauscher 22 findet sich in der schematischen Zeichnung der 2, auf die weiter unten Bezug genommen wird.The outdoor space 26 is by means of a partition 30 into an internal warming path 32 and an outer cooling path 34 divided. This separation is in the area of the housing bottom 20 from an intermediate floor 36 maintain, allowing an exchange or transition of the on the heating path 32 heated cooling medium with the on the cooling path 34 Cooled cooling medium only in the upper part of the partition 30 through holes in it 38 as well as at the lower end of the heat exchanger 22 through a corresponding flow channel 40 takes place. In this way, a ring circulation in the heating path upwards and in the cooling path downwards is made possible, which gives a very good cooling result. An illustration of the flow in the exterior 26 or in the heat exchanger 22 can be found in the schematic drawing of 2 which will be referred to below.

Die Strömung kann durch Konvektion angetrieben sein oder, wie in dem gezeigten Ausführungsbeispiel, mittels einer Umwälzpumpe 42 verstärkt werden, die das Kühlmedium in einem Innenrohr 44 des Wärmetauschers 22 nach oben transportiert. Das rückströmende erwärmte Kühlmedium durchläuft den Wärmetauscher 22 im Bereich eines Außenrohrs 46. Das Außenrohr 46 kann je nach erforderlicher Kühlleistung mit einer mehr oder weniger großen mit der Umgebung in Berührung gelangenden Oberfläche ausgestaltet sein. Beispielsweise können hieran umfänglich Kühlrippen angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Außenrohr durch eine Vielzahl konzentrisch angeordneter Einzelrohre oder Kammern ersetzt werden.The flow can be driven by convection or, as in the embodiment shown, by means of a circulation pump 42 be reinforced, the cooling medium in an inner tube 44 of the heat exchanger 22 transported to the top. The refluxing heated cooling medium passes through the heat exchanger 22 in the area of an outer tube 46 , The outer tube 46 Depending on the required cooling capacity, it can be designed with a more or less large surface which comes into contact with the environment. For example, cooling ribs can be arranged on the circumference. Alternatively or additionally, the outer tube can be replaced by a plurality of concentrically arranged individual tubes or chambers.

Auf der Innenseite der Zwischenwand 30, also im Bereich des Erwärmungspfads 32, ist ein Stator 48 abgestützt, der aufgrund dieser Anordnung auf optimale Weise von dem Kühlmedium umspült und somit gekühlt werden kann. Der Stator 48 umgibt konzentrisch ein den Außenraum 26 nach innen begrenzendes Spaltrohr 50, welches den Spaltrohrinnenraum 52 von dem Außenraum 26 abtrennt. Stirnseitig weist das Spaltrohr 50 auf seiner Oberseite einen ersten Spaltrohrflansch 54 und auf einer Unterseite einen zweiten Spaltrohrflansch 56 auf. An den ersten Spaltrohrflansch 54 ist stirnseitig ein oberes, erstes Lagergehäuse 58 angeflanscht, welches zusammen mit einer zweiten Ringdichtung 60 um die Motorwelle 10 herum der Spaltrohrinnenraum 52 gegenüber dem Außenraum 26 nach oben dicht abschließt oder kapselt. In entsprechender Weise ist stirnseitig gegen den zweiten Spaltrohrflansch 56 auf der Unterseite ein zweites Lagergehäuse 62 zusammen mit einer zweiten Druckausgleichseinrichtung 64 angeflanscht, welche den Spaltrohrinnenraum 52 gegenüber dem Außenraum 26 dicht abschließen. Hierdurch kann der Innenraum 52 vollständig mit einem zweiten Kühlmedium, vorzugsweise auf Öl basierend, befüllt werden, ohne dass dieses in den Außenraum 26 gelangt, und sich mit dem ersten Kühlmedium vermischt.On the inside of the partition 30 ie in the area of the warming path 32 , is a stator 48 supported, which flows due to this arrangement in an optimal manner by the cooling medium and thus can be cooled. The stator 48 concentrically surrounds the exterior space 26 internally delimiting can 50 , which the crevice interior 52 from the outside space 26 separates. Front side, the split tube 50 on its top a first canned flange 54 and on a bottom a second canned flange 56 on. To the first canned flange 54 is the front side, an upper, first bearing housing 58 Flanged, which together with a second ring seal 60 around the motor shaft 10 around the crevice interior 52 opposite the outside space 26 closes up tightly or encapsulates. In a corresponding manner is frontally against the second Spaltrohrflansch 56 on the bottom of a second bearing housing 62 together with a second pressure compensation device 64 Flanged, which the canned interior 52 opposite the outside space 26 close tightly. This allows the interior 52 completely filled with a second cooling medium, preferably based on oil, without this in the outer space 26 passes, and mixed with the first cooling medium.

Im Spaltrohrinnenraum 52 befinden sich um die Motorwelle 10 herum erste und zweite Radiallager 66, 68 zur radialen Abstützung der Motorwelle 10 und auf der Höhe des Stators verbunden mit der Motorwelle 10 der Rotor 70. Das obere Radiallager 66 ist einstückig an das obere Lagergehäuse 58 angeformt, welches somit zugleich den Deckel für das Spaltrohr 50 und eine Abstützung des Lagers gegenüber dem Motorgehäuse 16 bildet. In dem unteren zweiten, mit dem Spaltrohr 50 in Verbindung stehenden Lagergehäuse 62 ist ein Axiallager 72 zur axialen Abstützung der Welle 10 eingeschlossen.In the canned interior 52 are located around the motor shaft 10 around first and second radial bearings 66 . 68 for radial support of the motor shaft 10 and at the height of the stator connected to the motor shaft 10 the rotor 70 , The upper radial bearing 66 is integral to the upper bearing housing 58 molded, which thus at the same time the lid for the can 50 and a support of the bearing relative to the motor housing 16 forms. In the lower second, with the canned 50 related bearing housing 62 is a thrust bearing 72 for axial support of the shaft 10 locked in.

Das zweite Kühlmedium dient zugleich als Schmiermittel für die als Gleitlager ausgebildeten Radiallager 66, 68. Diese weisen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfängliche Abmessungen auf, die im Wesentlichen denen des Rotors 70 und damit des Spaltrohrinnendurchmessers entsprechen. Anders gesagt, folgt die Kontur des Spaltrohrs 50 der Kontur der eingeschlossenen Radiallager 66, 68 sowie des Rotors 70. Ähnliches gilt für das Axiallager 72, das passgenau in dem dafür vorgesehenen Lagergehäuse 62 abgestützt ist. Bei entsprechender Dimensionierung der Lager, des Spaltrohres und der Lagergehäuse können auch andere Anordnungen gewählt werden. Wesentlich ist, dass nur ein geringes Volumen des zweiten Kühlmediums für den Spaltrohrinnenraum und die Innenräume der Lagergehäuse benötigt wird, um eine gute Schmierwirkung einerseits sowie einen guten Wärmetransport andererseits zu gewährleisten, wobei Letzteres vor allem dann zu erwarten ist, wenn nur eine geringe Entfernung von den Lagern bzw. dem zu kühlenden Rotor zum Spaltrohr zu überbrücken ist. Es empfehlt sich daher, den Innenraum des Spaltrohres und/oder der Lagergehäuse möglichst klein zu halten und den Konturen der Radial-, Axiallager und des Rotors eng anliegend zu folgen. The second cooling medium also serves as a lubricant for the slide bearings designed as radial bearings 66 . 68 , In the exemplary embodiment shown, these have circumferential dimensions which are essentially those of the rotor 70 and thus correspond to the gap tube inside diameter. In other words, the contour of the split tube follows 50 the contour of the enclosed radial bearings 66 . 68 as well as the rotor 70 , The same applies to the thrust bearing 72 , the perfect fit in the designated bearing housing 62 is supported. With appropriate dimensioning of the bearings, the can and the bearing housing other arrangements can be selected. It is essential that only a small volume of the second cooling medium for the canned interior and the interiors of the bearing housing is required to ensure a good lubricating effect on the one hand and a good heat transfer on the other hand, the latter is to be expected especially if only a small distance from to bridge the bearings or the rotor to be cooled to the can. It is therefore advisable to keep the interior of the can and / or the bearing housing as small as possible and to follow the contours of the radial, thrust bearing and the rotor close fitting.

Das Axiallager 72 ist bei dem gezeigten Unterwassermotor als ein Gleitlager nach Mitchel-Prinzip aufgebaut, und muss vom Kühlmedium im Innenraum des Lagergehäuses 62 und im verbundenen bzw. kommunizierenden Spaltrohrinnenraum 52 gekühlt und geschmiert werden, da es Lasten von mehreren Tonnen aufnehmen muss, welche von der Pumpe verursacht werden.The thrust bearing 72 is constructed in the illustrated submersible motor as a plain bearing according to the Mitchel principle, and must from the cooling medium in the interior of the bearing housing 62 and in the connected or communicating canned interior 52 refrigerated and lubricated, since it has to absorb loads of several tons caused by the pump.

Das Motorgehäuse 16 ist zusammen mit dem Spaltrohr 50 sowie den stirnseitigen Flanschen so ausgebildet, dass der mit dem ersten Kühlmedium gefüllte Außenraum 26 den mit dem zweiten Kühlmedium gefüllten Spaltrohrinnenraum 52 vollständig, d. h. auch in dem Zwischenraum zwischen der ersten und zweiten Ringdichtung 28, 60 umkapselt, so dass im Falle einer Leckage das zweite Kühlmedium zwar sich mit dem ersten Kühlmedium vermischen kann, jedoch nicht gleich in die Umgebung außerhalb des Motorgehäuses abgegeben wird. Da es sich bei dem ersten Kühlmedium im Außenraum 26 bevorzugt um Wasser handelt, bedeutet auch eine Leckage dieses Kühlmediums, welches dann direkt in die Umwelt abgegeben würde jedoch ebenfalls keine Verunreinigung des umgebenden Mediums (beispielsweise Grundwasser). Insgesamt kann also die Gefahr von Umweltverschmutzung bei dem erfindungsgemäßen Motor minimiert werden.The motor housing 16 is together with the can 50 and the end flanges formed so that the outer space filled with the first cooling medium 26 the filled with the second cooling medium canned interior 52 completely, ie also in the space between the first and second ring seal 28 . 60 encapsulated, so that in the event of leakage, the second cooling medium may indeed mix with the first cooling medium, but not immediately discharged into the environment outside of the motor housing. Since it is the first cooling medium in the outer space 26 preferably involves water, also means a leak of this cooling medium, which would then discharged directly into the environment but also no contamination of the surrounding medium (for example, groundwater). Overall, therefore, the risk of pollution in the engine according to the invention can be minimized.

Das Spaltrohr besteht vorzugsweise aus einem nicht-magnetischen Material, um die Magnetfelder des Stators 48 nach Möglichkeit nicht zu verformen. Es bietet sich hierfür beispielsweise Edelstahl an, welches die erforderliche Stabilität und Korrosionsbeständigkeit aufweist.The split tube is preferably made of a non-magnetic material around the magnetic fields of the stator 48 if possible, not to deform. It lends itself to this example, stainless steel, which has the required stability and corrosion resistance.

Durch die vollständige Kapselung mittels Spaltrohr können im Bereich des Außenraums 26 rostbeständige Materialien wie Edelstahl verwendet werden, während im Spaltrohrinnenraum 52 alle Arten von Materialien eingesetzt werden können. Hierdurch ergibt sich gegenüber den bekannten Lösungen ein Kostenvorteil.Due to the complete encapsulation by means of a split tube can be in the area of the outer space 26 Stainless steel materials such as stainless steel are used while in the canned interior 52 All types of materials can be used. This results in a cost advantage over the known solutions.

Der erfindungsgemäße Motor kann aufgrund seiner Konstruktion, wie sie dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel zu entnehmen ist, bei Verwendung entsprechender Materialien im Spaltrohrinnenraum anstelle mit Öl mit einem auf Wasser basierenden Kühlmedium gefüllt werden. Dies ist bei modularer, wie der in 1 gezeigten Bauweise auch zu einem späteren Zeitpunkt durch Umbau noch möglich. Durch Weglassen beispielsweise der zweiten Druckausgleichseinrichtung 64 können die beiden Kühlvolumina des Spaltrohrinnenraums 52 sowie des Außenraums 26 gekoppelt werden. Der Motor ist demnach aufgrund einfacher Umrüstmaßnahmen sowohl für eine Öl- als auch für eine Wasserkühlung gleichermaßen geeignet und wird somit im Vergleich zu den bekannten Motoren gleichzeitig mehreren Anforderungen gerecht.The engine according to the invention, due to its construction, as in the 1 shown embodiment, are filled with the use of appropriate materials in the canned interior instead of oil with a water-based cooling medium. This is at modular, like the one in 1 shown construction still possible at a later date by conversion. By omitting, for example, the second pressure compensation device 64 can the two cooling volumes of the canned interior 52 as well as the exterior space 26 be coupled. The engine is therefore due to simple conversion measures for both oil and water cooling equally suitable and thus at the same time several requirements in comparison to the known engines.

In 2 ist schematisch der äußere Kühlkreislauf dargestellt. Der Kühlkreislauf ist auf den von dem Außenmantel 18 und dem Wärmetauscher 22 einerseits und von dem Spaltrohr 50 und dem unteren Lagergehäuse 62 andererseits begrenzten Außenraum 26 beschränkt. Das darin befindliche erste Kühlmedium umspült auf seinem aufsteigenden, inneren Erwärmungspfad 32 zu unterst das untere Lagergehäuse 62, dann die Wicklungen des Stators 48 und zugleich das Spaltrohr 50 und kühlt auf diese Weise zugleich die Lager, den Stator und die über das zweite Kühlmedium zum Spaltrohr hin transportierte Wärme des im Spaltrohrinnenraum befindlichen, nicht dargestellten Rotors. Die gesamte Statorwicklung einschließlich der Vulkanisierungsstellen und sämtlicher elektrischer Anschlussleitungen liegt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Erwärmungspfad des ersten Kühlmediums, was eine optimale Kühlung gewährleistet.In 2 is shown schematically the outer cooling circuit. The cooling circuit is on that of the outer jacket 18 and the heat exchanger 22 on the one hand and from the can 50 and the lower bearing housing 62 other hand, limited outdoor space 26 limited. The first cooling medium located therein flows around on its rising, inner heating path 32 at the bottom the lower bearing housing 62 , then the windings of the stator 48 and at the same time the can 50 and cools in this way at the same time the bearings, the stator and the transported over the second cooling medium to the split tube heat of the crevice interior located, not shown rotor. The entire stator winding including the Vulkanisierungsstellen and all electrical connection lines is in the embodiment shown in the heating path of the first cooling medium, which ensures optimum cooling.

Am oberen Ende der Zwischenwand 30 tritt das Kühlmedium durch Öffnungen in den Außenbereich des Motorgehäuses aus und sinkt dort entlang des Außenmantels 18 auf seinem Kühlungspfad 34 bis zum sich an den Außenmantel 18 axial anschließenden Wärmetauscher 22 ab. In den Außenrohren 46 des Wärmetauschers 22 wird es weiter gekühlt und sinkt dort weiter bis zum Gehauseboden ab, in dem es über einen horizontalen Strömungskanal 40 zum Innenrohr 44 des Wärmetauschers gelangt. Angetrieben von der Umwälzpumpe 42 steigt es darin erneut auf, und wird dem Erwärmungspfad 32 wieder zugeführt. Der Kreislauf ist geschlossen.At the upper end of the partition 30 the cooling medium exits through openings in the outer region of the motor housing and there sinks along the outer jacket 18 on his cooling path 34 up to the outer shell 18 axially adjacent heat exchanger 22 from. In the outer tubes 46 of the heat exchanger 22 it is cooled further and sinks there further down to the Gehauseboden, where it has a horizontal flow channel 40 to the inner tube 44 the heat exchanger arrives. Powered by the circulation pump 42 it rises again in it, and becomes the warming path 32 fed again. The cycle is closed.

Die Umwalzpumpe kann beispielsweise unmittelbar vom Rotor des Motors angetrieben werden, wobei hierfür eine magnetische Kopplung bevorzugt wird, so dass die Motorwelle nicht auch auf der Unterseite aus den Spaltrohrinnenraum 52 bzw. dem unteren Lagergehäuse 62 stirnseitig herausgeführt werden muss. Eine zusätzliche Abdichtung des Spaltrohrinnenraums 52 gegenüber dem Außenraum 26 am Wellenaustritt kann auf diese Weise eingespart werden. Wird die Umwälzpumpe 42 wie in dem gezeigten Ausführungsbeispiel von einem separaten Motor angetrieben, so empfiehlt es sich, diesen über eine Steuerschaltung so mit der Umwälzpumpe zu koppeln, dass der Motor nur betrieben werden kann, wenn auch die Umwälzpumpe in Betrieb ist, damit ein größerer Schaden an dem Motor aufgrund ausfallender Kühlung vermieden wird.The Umwalzpumpe can for example be driven directly from the rotor of the motor, for which a magnetic coupling is preferred, so that the motor shaft not on the bottom of the canned interior 52 or the lower bearing housing 62 must be led out frontally. An additional seal of the canned interior 52 opposite the outside space 26 At the shaft outlet can be saved in this way. Will the circulation pump 42 as driven in the embodiment shown by a separate motor, so it is advisable to couple it via a control circuit so with the circulation pump that the engine can only be operated when the circulation pump is in operation, thus greater damage to the engine due to precipitating cooling is avoided.

Claims

Motor with an externally guided motor shaft ( 10 ), a rotor ( 70 ) and a stator ( 48 ), surrounded by a motor housing ( 16 ), which can be filled with a first cooling medium, wherein a split tube ( 50 ) in a between rotor ( 70 ) and stator ( 48 ) formed gap is arranged and the canned interior ( 52 ) relative to that of the motor housing ( 16 ) limited outdoor space ( 26 ) is encapsulated and can be filled with a second cooling medium, characterized in that in the outer space ( 26 ) is provided a closed cooling circuit for the first cooling medium and that the canned interior ( 52 ) is sealed tightly to the outside.

Motor according to claim 1, characterized in that the stator ( 48 ) in the outdoor area ( 26 ) the can ( 50 ) coaxially surrounds, in the interior ( 52 ) the rotor ( 70 ) is rotatably arranged.

Engine according to claim 2, characterized in that the cooling circuit in the outer space ( 26 ) by means of a can ( 50 ) substantially coaxially surrounding intermediate wall ( 30 ) into a heating path ( 32 ) along the can ( 50 ) and a cooling path ( 34 ) along an outer jacket ( 18 ) of the motor housing ( 16 ) is divided.

Motor according to Claim 3, characterized by a heating path on the one hand ( 32 ) and on the other hand with the cooling path ( 34 ) connected heat exchanger ( 22 ).

Engine according to one of claims 2 to 4, characterized in that in the cooling circuit ( 34 ) a circulation pump ( 42 ) is turned on.

Engine according to claim 5, characterized in that the circulating pump ( 42 ) of the rotor ( 70 ) is driven.

Engine according to claim 6, characterized in that the drive of the circulating pump ( 42 ) magnetically to the rotor ( 70 ) is coupled.

Motor according to one of claims 2 to 7, characterized in that the motor shaft ( 10 ) by means of in the canned interior ( 52 ) arranged axial and / or radial bearings ( 66 . 68 . 72 ) is supported.

Motor according to one of claims 2 to 8, characterized in that the can ( 50 ) with a bearing housing ( 62 ) for axial and / or radial bearings ( 66 . 68 . 72 ) of the motor shaft ( 10 ).

Motor according to one of claims 8 or 9, characterized in that the can ( 50 ) and / or the bearing housing ( 62 ) the contours of the enclosed thrust bearings, radial bearings and the rotor ( 70 ) along the shaft ( 10 ) substantially close fitting follows and the canned interior ( 52 ) with the interior of the bearing housing ( 62 ) communicates.

Motor according to one of the preceding claims, characterized in that a first annular seal ( 28 ) around the outwardly guided motor shaft ( 10 ) around the outside space ( 26 ) to the environment and a second ring seal ( 60 ) around the outwardly guided motor shaft ( 10 ) around the canned interior ( 52 ) in relation to the exterior space ( 26 ) seals.

Engine according to one of the preceding claims, characterized by a first pressure compensation device ( 24 ) for outdoor use ( 26 ).

Engine according to one of the preceding claims, characterized by a second pressure compensation device ( 64 ) for the canned interior.

Motor according to one of the preceding claims, characterized in that the first cooling medium is based on water.

Engine according to one of the preceding claims, characterized in that the second cooling medium is based on oil.